裝置、方法及計算機程序產(chǎn)品的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于監(jiān)測軸承的裝置、方法及計算機程序產(chǎn)品。
【背景技術(shù)】
[0002]滾動元件軸承常常用于關(guān)鍵應(yīng)用，其中它們在使用中出現(xiàn)故障會給最終用戶帶來顯著的商業(yè)損失。因此，能夠監(jiān)測軸承非常重要，使得軸承的剩余壽命可被預(yù)測，從而以避免在使用中出現(xiàn)故障的方式來規(guī)劃干預(yù)，同時盡量減少因機械出現(xiàn)問題不能使用以更換軸承廣生的損失。
[0003]滾動元件軸承的剩余壽命通常由操作表面因在操作使用中反復(fù)的應(yīng)力而造成的疲勞來確定。滾動元件軸承的疲勞失效源于滾動元件表面以及相應(yīng)軸承座圈表面的逐漸剝落或點蝕。剝落和點蝕可能導(dǎo)致一個或多個滾動元件的咬死，這又可能會產(chǎn)生過多的熱量、壓力和摩擦。
[0004]為了改善維護計劃，通常的做法是，監(jiān)測與軸承在操作使用中經(jīng)受的振動和溫度有關(guān)的物理量的值，以便能夠檢測即將發(fā)生的故障的第一跡象。這種監(jiān)測通常被稱為“狀態(tài)監(jiān)測”。
[0005]狀態(tài)監(jiān)測帶來了各種好處。第一個好處在于，以受控的方式警告用戶軸承的狀態(tài)惡化，從而盡量減少商業(yè)影響。第二個好處是，狀態(tài)監(jiān)測有助于確定安裝不良或不正確的操作手法，例如未對準、不平衡、高振動等，如果長此下去這將降低軸承的剩余壽命。
[0006]通常，各個傳感器連接到軸承。然而，這樣的各個傳感器會占用相當(dāng)大的空間，并且可能難以連接到固定的測量設(shè)備，因為傳感器可能需要被安裝到軸承的旋轉(zhuǎn)表面，比如在旋轉(zhuǎn)內(nèi)圈上，以便測量其振動或溫度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種用于監(jiān)測軸承的改進裝置。
[0008]這個目的是通過包括配置成獲得關(guān)于影響軸承的剩余壽命的一個或多個因素的數(shù)據(jù)的至少一個傳感器的裝置來實現(xiàn)的。該裝置是便攜式裝置，即該裝置又小又輕，例如足以由人僅用一只手來攜帶。該裝置包括非永久連接裝置，其配置成件該裝置非永久(即可移除)地連接到所述軸承的表面，即軸承的任何部分，比如旋轉(zhuǎn)或不旋轉(zhuǎn)的環(huán)，如內(nèi)圈或外圈，或者軸承殼體的一部分，從而使所述至少一個傳感器的至少一部分壓靠著軸承的表面，即所述至少一個傳感器的所述至少一部分與軸承的表面物理接觸，以使得能夠進行可靠的測量。該裝置的用戶因此不需要保持或按壓該裝置抵靠著軸承的表面，同時該裝置處于使用中。該裝置將保持在適當(dāng)位置，直到一旦已經(jīng)獲得了所需的數(shù)據(jù)就由用戶將其從軸承移除。所述裝置不旨在在軸承的工作壽命期間保持連接到在相同位置上的軸承。
[0009]這種裝置可用于監(jiān)測多個不同的軸承和/或可安裝在單個軸承上的多個不同位置。多個單獨的傳感器從而不必永久地安裝在多個軸承上或者在單個軸承上的多個不同位置，從而節(jié)省組裝時間和成本以及空間要求。此外，根據(jù)本發(fā)明的裝置可用于監(jiān)測現(xiàn)有的軸承，或者測試和/或校準來自正用于監(jiān)測軸承的現(xiàn)有傳感器獲得的讀數(shù)。該裝置由此可以用于幫助預(yù)測或確定何時需要或期望維護、更換或整修(再制造)軸承或以簡單方式監(jiān)測軸承的傳感器。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的實施例，該裝置包括配置成無線地發(fā)送所述數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)收集裝置、數(shù)據(jù)庫、實驗室、系統(tǒng)監(jiān)管、或預(yù)測單元的發(fā)射器，所述預(yù)測單元配置成通過使用獲得的數(shù)據(jù)和數(shù)學(xué)剩余壽命預(yù)測模型來預(yù)測軸承的剩余壽命。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，所述至少一個傳感器配置成測量以下參數(shù)中的至少一個:應(yīng)變、應(yīng)力、聲發(fā)射、振動、旋轉(zhuǎn)速度、溫度、旋轉(zhuǎn)角度位置。根據(jù)本發(fā)明的裝置可另外地或可替代地配置成測量其它參數(shù)。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的進一步實施例，非永久連接裝置是磁性連接裝置，比如永磁體，其配置成將該裝置磁性地連接到軸承。磁性連接裝置可以配置成與裝置的表面齊平，從而裝置表面布置成在裝置非永久地連接到軸承時壓靠著軸承的表面。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的實施例，該裝置包括經(jīng)配置成處理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理單元。該裝置可以配置成和/或放大由所述至少一個傳感器獲得的信號和/或執(zhí)行任何其他的數(shù)據(jù)處理步驟。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，該裝置包括存儲器裝置，其配置成電地記錄由至少一個傳感器獲得的數(shù)據(jù)。該裝置的用戶由此可以獲得現(xiàn)場數(shù)據(jù)，然后將包含所記錄的數(shù)據(jù)的裝置帶到另一個位置以供進一步分析，比如實驗室、數(shù)據(jù)收集裝置、系統(tǒng)監(jiān)管、或預(yù)測單元，所述預(yù)測單元配置成通過使用獲得的數(shù)據(jù)和數(shù)學(xué)剩余壽命預(yù)測模型來預(yù)測軸承的剩余壽命O
[0015]關(guān)于影響特定軸承的剩余壽命的一個或多個因素的數(shù)據(jù)可被積累，并且軸承的歷史記錄然后可以與數(shù)學(xué)剩余壽命預(yù)測模型一起用于在其生命周期的任何點預(yù)測其剩余壽命。隨著更多的數(shù)據(jù)被積累，可以在其生命周期中的任何后續(xù)點更新剩余壽命預(yù)測。
[0016]可以在軸承的制造過程中、在軸承制造之后和在軸承使用用于進行測試之前、和/或在軸承的使用期間通過使用根據(jù)本發(fā)明的裝置來獲得數(shù)據(jù)。由此可以創(chuàng)建軸承的完整歷史記錄。因此，由于具有在軸承壽命上積累的剩余壽命數(shù)據(jù)，從其制造開始一直到當(dāng)前，可以就各個軸承在其生命周期的任何點的剩余壽命做出更準確的預(yù)測。根據(jù)所施加的特定數(shù)學(xué)生命周期模型，最終用戶可以被通知有關(guān)事實，包括適宜更換或整修軸承的時間。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的進一步實施例，該裝置包括顯示裝置，從而由至少一個傳感器所獲得和/或由該裝置處理和/或記錄的數(shù)據(jù)可以顯示給該裝置的用戶。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的實施例，該裝置配置成由至少一個電池供電。
[0019]另外或可替代地，該裝置可以配置成由包括所述軸承的機器的電源供電，比如在風(fēng)力渦輪機的旋轉(zhuǎn)輪轂中的電源。另外或可替代地，該裝置可以配置成通過由軸承的運動所產(chǎn)生的電而被供電。使用這種電源裝置或發(fā)電裝置確保不需要線纜或電池對該裝置供電。應(yīng)當(dāng)指出的是，術(shù)語“對所述裝置供電”是指完全地或僅部分地對所述裝置中的至少一個傳感器和/或所述裝置中的任何其它需要供電的部件供電。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，所述裝置包括以下中的至少一個:傳感器摩擦應(yīng)變計、壓電位移光束傳感器、壓電膜傳感器、能夠測量應(yīng)變信號的傳感器，即任何合適的傳感器技術(shù)可用于測量應(yīng)變信號。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，所述裝置包括加壓裝置，比如至少一個彈簧，配置成當(dāng)所述裝置處于使用中時按壓至少一個傳感器的部分抵靠著軸承的表面。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述軸承是滾動元件軸承。然而，滾動軸承可以是任何類型的軸承，比如圓柱滾子軸承、調(diào)心滾子軸承、圓環(huán)滾子軸承、圓錐滾子軸承、錐形滾柱軸承或滾針軸承。
[0023]本發(fā)明還涉及一種用于監(jiān)測軸承的方法，其包括以下步驟:a)將包括配置成獲得關(guān)于影響軸承的剩余壽命的一個或多個因素的數(shù)據(jù)的至少一個傳感器的便攜式裝置非永久地連接到軸承的表面，使得所述至少一個傳感器的至少一部分壓靠著所述軸承的表面，
b)獲得關(guān)于影響所述軸承的剩余壽命的一個或多個因素的數(shù)據(jù)，以及c)從所述軸承移除便攜式裝置。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的任何實施例的裝置可以用于這種方法。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述方法還包括以下步驟中的至少一項:處理數(shù)據(jù)、無線地或非無線地發(fā)送數(shù)據(jù)、顯示數(shù)據(jù)、預(yù)測/更新軸承的剩余壽命。這些任選的步驟可以以任何順序進行。
[0026]本發(fā)明還涉及一種計算機程序產(chǎn)品，其包括存儲在計算機可讀介質(zhì)或載波上的含有布置成使計算機或處理器執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的步驟b)和/或上述的任意可選步驟的計算機程序代碼裝置的計算機程序。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的裝置、方法及計算機程序產(chǎn)品可用于監(jiān)測在汽車、航空、鐵路、礦業(yè)、風(fēng)力、船舶或金屬制造應(yīng)用或者在需要具有高耐磨性和/或增加的疲勞和拉伸強度的軸承的任何其它機器應(yīng)用中使用的至少一個軸承。
【附圖說明】
[0028]下面參照所附示意性附圖，通過非限制性示例對本發(fā)明進一步說明，其中:
[0029]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的裝置，
[0030]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的裝置的底視圖，
[0031 ]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的裝置的頂視圖，
[0032]圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的方法的步驟的流程圖，以及
[0033]圖5示出了可以使用根據(jù)本發(fā)明實施例的裝置或方法而被監(jiān)測的滾動元件軸承。
[0034]應(yīng)當(dāng)指出的是，附圖不一定是按比例繪制的，并且為了清楚起見，可能夸大了某些特征的尺寸。
[0035]此外，本發(fā)明的一個實施例的任何特征可以與本發(fā)明的任何其他實施例的任何其他特征相結(jié)合，前提是只要沒有沖突。
【具體實施方式】
[0036]圖1示出了用于監(jiān)測軸承12的裝置10，例如在其使用過程中。所示的實施例示出了滾動元件軸承12，然而，根據(jù)本發(fā)明的裝置10可用于監(jiān)測任何類型的一個或多個軸承12，它們不一定都是相同類型或尺寸的。裝置10具有至少一個傳感器14，其配置成獲得關(guān)于影響軸承12的剩余壽命的一個或多個因素的數(shù)據(jù)。例如，滾動接觸力可以由應(yīng)變傳感器14記錄，其位于軸承外圈的外表面或側(cè)表面上或者在軸承內(nèi)圈的內(nèi)表面或內(nèi)側(cè)上。這樣的應(yīng)變傳感器14可以是摩擦應(yīng)變計。
[0037]另外或可替代地，裝置10可以包括用于檢測高頻應(yīng)力波(即頻率為20kHz_3MZ、100-500kHz或更高的波)的傳感器14。振動或高頻應(yīng)力波在非常短的時間段內(nèi)伴有少量材料的突然位移。當(dāng)出現(xiàn)撞擊、疲勞開裂、劃傷或磨損時，可能在軸承中產(chǎn)生振動或高頻應(yīng)力波。應(yīng)力波的頻率取決于源的性質(zhì)和材料特性。絕對運動傳感器比如加速計、聲發(fā)射(AE)傳感器或超聲傳感器可用于檢測這樣的振動或高頻應(yīng)力波，從而提供重要的信息，有助于故障檢測和嚴重性評估。由于振動或高頻應(yīng)力波包的彌散和衰減，希望將傳感器定位得盡可能靠近起始位點。因此，傳感器14可被放置在軸承內(nèi)圈或外圈上或者在其附近，最好是在負載區(qū)。
[0038]此外，潤滑膜可能通過過大的負荷、潤滑劑的低粘度或具有顆粒材料的潤滑劑的污染、或者缺少潤滑劑而受到損害。如果潤滑膜以這種方式受到損害，則高頻波將通過軸承12的滾動接觸被發(fā)射。因此，可以通過檢測在潤滑膜擊穿的情況下傳播穿過軸承環(huán)及周圍結(jié)構(gòu)的振動或高頻應(yīng)力波對潤滑膜的狀態(tài)進行評估。
[0039]數(shù)據(jù)可以周期性地、基本上連續(xù)地、隨機地、根據(jù)要求、或在任何合適的時間被獲得。
[0040]裝置10是便攜式裝置，并且包括非永久連接裝置16(在圖2中示出)，其配置成將裝置10非永久地連接到軸承12的表面，使得至少一個傳感器14的至少一部分壓靠著軸承10的表面。在示出的實施例